JP2005064120A - Apparatus and method for plasma treatment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高密度プラズマや表面波電界等の影響を受けても、被処理物が金属汚染することのないプラズマ処理に関する。 The present invention relates to a plasma process in which an object to be processed is not contaminated with metal even under the influence of high-density plasma, a surface wave electric field, or the like.
半導体装置の製造用のシリコンウエハや液晶ディスプレイ用のガラス基板等に対して、マイクロ波プラズマを利用してドライエッチング処理やアッシング処理等を施すためにプラズマ処理装置が用いられている。 2. Description of the Related Art Plasma processing apparatuses are used to perform dry etching processing, ashing processing, and the like using microwave plasma on silicon wafers for manufacturing semiconductor devices, glass substrates for liquid crystal displays, and the like.
プラズマ処理装置にはいくつかの種類があり、例えば、高周波電力をマイクロ波導入手段の一例であるアンテナに供給してチャンバ(真空容器)内のプロセスガスにマイクロ波のエネルギーを印加してプラズマを生成し、このプラズマを利用して被処理物にドライエッチング処理等を施すものがある。 There are several types of plasma processing apparatuses. For example, high-frequency power is supplied to an antenna that is an example of microwave introduction means, and microwave energy is applied to a process gas in a chamber (vacuum vessel) to generate plasma. There are those that are generated and subjected to a dry etching process or the like on an object to be processed using this plasma.
より具体的には、内部に被処理物を載置するステージが設けられたチャンバの天井部には誘電体窓が設けられている。この誘電体窓の上部にはスロットアンテナを備えた導波管が設けられている。導波管は、マイクロ波の電界方向に垂直な面(H面)が誘電体窓に対向し、マイクロ波の電界方向と平行な面(E面)がH面に対して垂直方向に伸び、かつ、マイクロ波導入側と反対側にH面およびE面に対して垂直に設けられたマイクロ波を反射する反射面を有する矩形状の形状であり、誘電体窓と接する側に、マイクロ波を誘電体窓を通してチャンバの内部に導入するための開口部(スロットアンテナ)が設けられている(例えば、特許文献1を参照)。また、チャンバの内部の誘電体窓の近傍にはプロセスガスをチャンバの内部に導入するガス導入口が設けられている。(例えば、特許文献1を参照)。 More specifically, a dielectric window is provided in a ceiling portion of a chamber in which a stage for placing an object to be processed is provided. A waveguide having a slot antenna is provided above the dielectric window. In the waveguide, a plane (H plane) perpendicular to the microwave electric field direction faces the dielectric window, and a plane (E plane) parallel to the microwave electric field direction extends in a direction perpendicular to the H plane. In addition, a rectangular shape having a reflection surface that reflects the microwaves provided perpendicular to the H and E surfaces on the side opposite to the microwave introduction side, the microwaves are applied to the side in contact with the dielectric window. An opening (slot antenna) for introduction into the chamber through the dielectric window is provided (see, for example, Patent Document 1). A gas inlet for introducing a process gas into the chamber is provided near the dielectric window inside the chamber. (For example, see Patent Document 1).
これらの構造により、チャンバ内に供給されたプロセスガスであるO2を、チャンバ内で生成されたプラズマで活性化し、Oラジカルによって、被処理物に対してアッシング等を行っている。なお、プロセスガスにはCF4等のフッ素原子を添加して用いられている場合も多い。
上述のような従来のプラズマ処理装置では、図6に模式図を示すように、被処理物Wはチャンバ31の内部の中央に設けられたステージ32の上に配置され、プラズマ生成部33は被処理物Wの直上となる。このような装置構成の場合、マイクロ波の導波管34からマイクロ波が入射される誘電体窓35の近傍に高密度のプラズマが生成されるため、チャンバ31の内部に生成されるプラズマの密度分布は不均一になる。その結果、誘電体窓35を支えるキャビティ部分36が高密度プラズマに晒されてダメージを受ける。また、表面波電界によってFイオンおよびFラジカルによるダメージも受ける。(図6の黒丸部分)
特に、プロセスガスとしてCF4等のフッ素原子を添加したものを用いる場合は、ダメージが顕著である。
In the conventional plasma processing apparatus as described above, as shown in the schematic diagram of FIG. 6, the workpiece W is disposed on the
In particular, when using a process gas to which a fluorine atom such as CF 4 is added, the damage is significant.
かかるダメージを受けた場合、それによりパーティクルが発生し、被処理物Wの金属汚染を生ずる原因となった。 When such damage is received, particles are generated thereby, causing metal contamination of the workpiece W.
通常、プラズマ処理装置は、金属汚染を防止するためにチャンバ31の内壁(真空部分)にアルマイト等によるコーティング処理を施している。しかし、上述のような高密度プラズマや表面波電界の影響によって、キャビティ部分36やチャンバ31の側壁のアルマイト等が剥げて金属汚染が発生することがある。
Usually, in the plasma processing apparatus, the inner wall (vacuum part) of the
本発明はこれらの事情にもとづいてなされたもので、高密度プラズマや表面波電界等の影響を受けても、被処理物の金属汚染が発生することのないプラズマ装置とその方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made based on these circumstances, and provides a plasma apparatus and a method for preventing metal contamination of an object to be processed even under the influence of high-density plasma, a surface wave electric field, or the like. It is an object.
本発明によれば、導波管内を進行したマイクロ波をチャンバ内に導くマイクロ波導入手段と誘電体窓とを具備し、かつ、前記チャンバ内には前記誘電体窓と所定空間を介して対向した位置に被処理物を保持するための静電チャックが配置され、かつ、該チャンバの上部から前記チャンバ内へガスを供給するガス供給管が設けられ、該チャンバ内のガスを前記マイクロ波によりプラズマ化することにより前記被処理物を処理するプラズマ処理装置であって、
前記ガス供給管は、前記チャンバの内部に前記誘電体窓と離間して平行に設けられているガス分離板を挟んだ位置にそれぞれ配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置である。
According to the present invention, the microwave introduction means for guiding the microwave traveling in the waveguide into the chamber and the dielectric window are provided, and the chamber is opposed to the dielectric window through a predetermined space. An electrostatic chuck for holding the object to be processed is disposed at the position, and a gas supply pipe for supplying gas into the chamber from the upper part of the chamber is provided, and the gas in the chamber is A plasma processing apparatus for processing the object to be processed by turning into plasma,
The plasma processing apparatus is characterized in that the gas supply pipes are respectively arranged at positions sandwiching a gas separation plate provided in parallel with the dielectric window in the chamber.
また本発明によれば、前記ガス分離板より上方に配置されているガス供給管からは、前記チャンバの内部にFを含まないO2ガスを供給し、一方、ガス分離板より下に配置されているガス供給管からはFを含んだガスを、チャンバの内部に供給するようにしていることを特徴とするプラズマ処理装置である。 Further, according to the present invention, the gas supply pipe disposed above the gas separation plate supplies O 2 gas not containing F into the chamber, while being disposed below the gas separation plate. The plasma processing apparatus is characterized in that a gas containing F is supplied into the chamber from a gas supply pipe.
また本発明によれば、前記ガス分離板より上方に配置されているガス供給管からは、前記チャンバの内部にFを含まないO2ガスを供給し、一方、ガス分離板より下方に配置されているガス供給管からは、NF3を加熱して熱分解して活性化させたF原子をチャンバの内部に供給していることを特徴とするプラズマ処理装置である。 Further, according to the present invention, the gas supply pipe disposed above the gas separation plate supplies O 2 gas not containing F into the chamber, while being disposed below the gas separation plate. The plasma processing apparatus is characterized in that F atoms activated by thermally decomposing NF 3 by heating are supplied into the chamber from the gas supply pipe.
また本発明によれば、導波管内を進行したマイクロ波をマイクロ波導入手段を介して誘電体窓からチャンバ内に導入させ、この誘電体窓により封止されガス供給管から前記チャンバ内に供給されたガスをプラズマ化し、該チャンバ内に前記誘電体窓と所定空間を介して対向して配置された静電チャックに保持されている被処理物に処理を施すプラズマ処理方法であって、
前記チャンバ内へのガスの供給は、チャンバ内に配置されているガス分離板の上方に配置されているガス供給管からはFを含まないO2ガスを供給し、ガス分離板の下方に配置されているガス供給管からはFを含んだガスを供給することを特徴とするプラズマ処理方法である。
According to the present invention, the microwave traveling in the waveguide is introduced into the chamber from the dielectric window via the microwave introduction means, and is sealed by the dielectric window and supplied into the chamber from the gas supply pipe. A plasma processing method for converting the processed gas into plasma and processing a workpiece held by an electrostatic chuck disposed in the chamber so as to face the dielectric window through a predetermined space,
The gas is supplied into the chamber by supplying an O 2 gas containing no F from a gas supply pipe arranged above the gas separation plate arranged in the chamber and arranged below the gas separation plate. In the plasma processing method, a gas containing F is supplied from a gas supply pipe.
また本発明によれば、導波管内を進行したマイクロ波をマイクロ波導入手段を介して誘電体窓からチャンバ内に導入させ、この誘電体窓により封止されガス供給管から前記チャンバ内に供給されたガスをプラズマ化し、該チャンバ内に前記誘電体窓と所定空間を介して対向して配置された静電チャックに保持されている被処理物に処理を施すプラズマ処理方法であって、
前記チャンバ内へのガスの供給は、チャンバ内に配置されているガス分離板の上方に配置されているガス供給管からはFを含まないO2ガスを供給し、ガス分離板の下方に配置されているガス供給管からはNF3を加熱して熱分解して活性化したF原子を供給することを特徴とするプラズマ処理方法である。
According to the present invention, the microwave traveling in the waveguide is introduced into the chamber from the dielectric window via the microwave introduction means, and is sealed by the dielectric window and supplied into the chamber from the gas supply pipe. A plasma processing method for converting the processed gas into plasma and processing a workpiece held by an electrostatic chuck disposed in the chamber so as to face the dielectric window through a predetermined space,
The gas is supplied into the chamber by supplying an O 2 gas containing no F from a gas supply pipe arranged above the gas separation plate arranged in the chamber and arranged below the gas separation plate. The plasma processing method is characterized in that F atoms activated by thermal decomposition by heating NF 3 are supplied from a gas supply pipe.
本発明によれば、プラズマ処理装置で被処理物Wの処理する際に、プロセスガスとしてFを含んだガスを用いても、キャビティ部分のダメージをなくすことが出来るので、装置の寿命を延ばすことが可能になる。 According to the present invention, when a workpiece W is processed by a plasma processing apparatus, even if a gas containing F is used as a process gas, damage to the cavity portion can be eliminated, thereby extending the life of the apparatus. Is possible.
また、プラズマ領域の中に、F素原子が存在しないようにしたので、石英やチャンバの側壁に対するダメージが小さい。その結果、金属汚染も防止しうる装置の信頼性が向上する。 Further, since no F atoms are present in the plasma region, damage to quartz and the side wall of the chamber is small. As a result, the reliability of the apparatus that can prevent metal contamination is improved.
また、プロセスガスとしてフッ素を利用できることにより、被処理物Wのレジスト剥離性が向上し、それによりプロセスの優位性も向上する。 In addition, since fluorine can be used as the process gas, the resist stripping property of the workpiece W is improved, thereby improving the superiority of the process.
以下、本発明の第1の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1は、被処理物(例えば、ウエハ)上のレジストのアッシングに適用されるダウンフロー型のマイクロ波励起のプラズマ処理装置を示す模式図である。 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic view showing a downflow type microwave-excited plasma processing apparatus applied to ashing of a resist on an object to be processed (for example, a wafer).
チャンバ1の内部は、水平方向に配置したガス通過孔の孔設された金属プレートからなるガス分離板2によりプラズマ生成室3と処理室4とに上下に区画されている。また、チャンバ1の内部はフッ素樹脂で表面処理が施されている。なお、フッ素樹脂による表面処理の他には、アルマイト処理やダイヤモンドコーティングを施しても良い。
The interior of the
なお、ガス分離板2は、シャワープレートを兼ねており、均等にガスを流すようになっている。一例を挙げれば、図2(a)に平面図を示すように、複数の開口2aが全面に分散して孔設されていたり、あるいは、図2(b)に平面図を示すように、放射状にスリット2bが等角度で設けられている。
The
チャンバ1の内部にプロセスガスを供給するガス供給管5A、5Bは2本設けられ、チャンバ1の上部の側壁を貫通する形で、ガス分離板2を挟んで上下方向に配設されたりしている。
Two
プロセスガスとしては、例えば、被処理物Wの表面の薄膜に対してエッチングを行う場合には、酸素ガス(O2)単体、或いは、酸素ガスにCF4、NF3、SF6等のフッ素系ガスを添加した混合ガス、又は、これらのガスに水素ガスを添加したガスが使用される。 As the process gas, for example, when etching a thin film on the surface of the workpiece W, oxygen gas (O 2 ) alone or fluorine gas such as CF 4 , NF 3 , SF 6 is used as the oxygen gas. A mixed gas in which a gas is added or a gas in which hydrogen gas is added to these gases is used.
プロセスガスの供給は、ガス分離板2より上方に設けられたガス供給管5Aからは、Fを含まないO2ガスをチャンバ1の内部に供給し、一方、ガス分離板2より下方のガス供給管5BからはFを含んだ、CF4、NF3、SF6等のフッ素系ガスを添加した混合ガス、又は、これらのガスに水素ガスを添加したガスを、チャンバ1の内部に供給するようにしている。
The process gas is supplied from the gas supply pipe 5 </ b> A provided above the
この場合、真空ポンプ(不図示)により吸引されている排気口6が被処理物Wを載置しているステージ7より下に位置しているために、チャンバ1の内部ではガスは上方から下方に向かって流れている。そのため、Fを含んだガスはガス分離板2より上方になるプラズマ生成部2には到達しないようになる。
In this case, since the
被処理物Wを保持するステージ7は、図示しないRF(ラジオ波)バイアスや冷却機構を備えており、それぞれRF発振器、チラーに接続されている。排気口6は、処理室4が形成されたチャンバ1の底部に設けられ排気管8の一端が接続している。排気管8の他端は図示しない真空ポンプが連結されている。
The
石英ガラスあるいはアルミナ等からなる誘電体窓9は、チャンバ1の上壁部に形成された開口部(キャビティ部分)10に設けられており、開口部10と誘電体窓9との間は図示しないOリングなどによりシールされる構造となっている。
A
マイクロ波が導入される矩形状の導波管11は、誘電体窓9を含むチャンバ1の上壁部上に配置されている。導波管11は、図3および図4に示すように誘電体窓9に対向し、マイクロ波の電界方向に垂直な面(H面)と、H面に対して垂直方向に伸びるマイクロ波の電界方向に平行な面(E面)と、マイクロ波導入側と反対側にH面およびE面に対して垂直に設けられたマイクロ波を反射する反射面(短絡面;R面)とを有する。誘電体窓9と接する側のH面には、2つのスロット(アンテナ手段)12a、12bがE面に沿ってそれぞれ開口されている。
The
次に、これらの構造によるマイクロ波励起のプラズマ処理装置によりレジストパターンが表面に形成された被処理物W(半導体ウエハや液晶用ガラス基板等)をアッシングする方法を説明する。 Next, a method of ashing the workpiece W (semiconductor wafer, liquid crystal glass substrate, etc.) having a resist pattern formed on the surface by a microwave-excited plasma processing apparatus having these structures will be described.
まず、チャンバ1の内部のステージ7の上にレジストパターンが表面に形成された被処理物Wである液晶用ガラス基板を設置する。図示しない真空ポンプを作動させてチャンバ1の内部のガスを排気管8を通してチャンバ1から排気する。次に、プロセスガスとして、例えば、O2ガスを、ガス分離板2より上に設けられたガス供給管5Aよりチャンバ1の内部に供給し、また、O2と四フッ化炭素との混合ガスを、ガス分離板2より下に設けられたガス供給管5Bよりチャンバ1の内部に供給する。
First, a glass substrate for liquid crystal, which is a workpiece W having a resist pattern formed on the surface thereof, is placed on the
チャンバ1の内部が所定圧力になった時点で、マイクロ波発生源(不図示)からマイクロ波を導波管11の内部に導入することによって、プラズマ生成室3にプラズマが発生する。発生したプラズマはガス分離板2によりイオンが除去され、活性種がガス分離板2の開口2a(2b)を通して処理室4に導入される。それにより、プラズマ中の活性な酸素原子を、ステージ7の上に設置された被処理物Wの表面のレジストパターンと反応させて、レジストパターンを剥離する。
When the inside of the
この場合、O2と四フッ化炭素との混合ガスを、ガス分離板2より下に設けられたガス供給管5Bよりチャンバ1の内部に供給しているので、誘電体窓9を支える開口部10が延在したキャビティ部分12は、表面波電界によってFイオンおよびFラジカルによるダメージを受けることはなく、それによるアルマイト等の損傷を防ぐことができる。その結果、被処理体Wが金属汚染を防止することができる。
In this case, since the mixed gas of O 2 and carbon tetrafluoride is supplied into the
次に、上述のプラズマ処理装置の変形例について説明する。 Next, a modified example of the above-described plasma processing apparatus will be described.
プラズマ処理装置でのプロセスガスであるドライエッチングガスあるいはクリーニングガスとして、NF3ガスが使用される場合がある。つまり、NF3ガス雰囲気中における放電においてイオン化したNF3ガスでSiウエハをエッチングすると、反応生成物は揮発性物質となるため、従来のフロロカーボンプラズマ中でのエッチングに比べ、炭素(C)あるいはイオウ(S)によるウエハの表面の反応残渣汚染がない利点がある。さらに、反応残渣汚染がないため、エッチング速度が速くなるという利点もある。このような観点から、NF3ガスが多用されるようになってきている。NF3ガスは常温で非常に安定しているが、加熱処理を施すことにより熱分解させてF2やHF等に変換することができる。 NF 3 gas may be used as a dry etching gas or a cleaning gas that is a process gas in a plasma processing apparatus. That is, when a Si wafer is etched with NF 3 gas ionized in a discharge in an NF 3 gas atmosphere, the reaction product becomes a volatile substance. Therefore, carbon (C) or sulfur is compared with etching in a conventional fluorocarbon plasma. There is an advantage that there is no reaction residue contamination on the wafer surface due to (S). Furthermore, since there is no reaction residue contamination, there is an advantage that the etching rate is increased. From such a point of view, NF 3 gas is frequently used. NF 3 gas is very stable at room temperature, but can be thermally decomposed by heat treatment and converted to F 2 , HF, or the like.
図5は、この変形例のプラズマ処理装置の概要を示す模式図である。なお、図1と同一機能部分には同一符号を付して、その個々の説明を省略する。プラズマ処理装置の基本構造自体は図1で示したプラズマ処理装置と同じであるが、この変形例の場合は、ガス分離板2、13が2枚設けられている。
FIG. 5 is a schematic diagram showing an outline of the plasma processing apparatus of this modification. The same functional parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and their description is omitted. The basic structure of the plasma processing apparatus is the same as that of the plasma processing apparatus shown in FIG. 1, but in the case of this modification, two
すなわち、チャンバ1の内部にプロセスガスを供給するガス供給管5A、5Bは2本設けられ、チャンバ1の上部の側壁を貫通する形で、ガス分離板2を挟んで上下方向に配設されている。また、ガス分離板2の下に設けられたガス供給管5Bの下方には第2ガス分離板13がガス分離板2と平行に設けられている。また、ガス分離板2の下に設けられたガス供給管5Bには、MFC(マス・フロー・コントローラ)14と加熱ヒータ15が接続されている。
That is, two
プロセスガスの供給は、ガス分離板2より上方に設けられたガス供給管5Aより、Fを含まないO2ガスをチャンバ1の内部に供給し、一方、ガス分離板2より下方のガス供給管5Bからは、加熱ヒータ15によりNF3を300℃〜800℃に加熱して熱分解し、活性化したF原子を生成してチャンバ1の内部に供給している。つまり、Fラジカルの替わりに、NF3の熱分解を用いることにより生成した活性な状態のF原子をプラズマ領域から隔離された位置から被処理物Wの表面に供給している。また、真空ポンプ(不図示)により吸引されている排気口6が、被処理物Wを保持しているステージ7より下に位置しているために、チャンバ1の内部では、上方から下方に向かって流れている。そのため、Fを含んだガスはガス分離板2より上方になるプラズマ生成部3には到達しない。つまり、ガス分離板2はガス分離の役割を果たしている。
The process gas is supplied from the gas supply pipe 5 </ b> A provided above the
また、2枚のガス分離板2、13により、プラズマからのイオンをカットし、プラズマ熱分布の影響を低減することができる。また、ガス流れのコントロールができるため、被処理物Wのエッチング処理の均一性も向上させることができる。
Further, the two
そしてこの場合においても、誘電体窓9を支える開口部10から延在したキャビティ部分12は、表面波電界によってFイオンおよびFラジカルによるダメージを受けることはなく、それによるアルマイト等の損傷を防ぐことができる。その結果、被処理体Wが金属汚染を防止することができる。
Even in this case, the
1…チャンバ、2、13…ガス分離板、3…プラズマ生成室、4…処理室、5A、5B…ガス供給管、7…ステージ、9…誘電体窓、11…導波管、12…キャビティ部分
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ガス供給管は、前記チャンバの内部に前記誘電体窓と離間して平行に設けられているガス分離板を挟んだ位置にそれぞれ配置されていることを特徴とするプラズマ処理装置。 Microwave introduction means for guiding the microwave traveling in the waveguide into the chamber and a dielectric window, and an object to be processed at a position facing the dielectric window with a predetermined space in the chamber An electrostatic chuck for holding the gas is disposed, and a gas supply pipe for supplying gas into the chamber from the upper part of the chamber is provided, and the gas in the chamber is converted into plasma by the microwave. A plasma processing apparatus for processing an object to be processed,
The plasma processing apparatus, wherein each of the gas supply pipes is disposed at a position sandwiching a gas separation plate provided in parallel with the dielectric window in the chamber.
前記チャンバ内へのガスの供給は、チャンバ内に配置されているガス分離板の上方に配置されているガス供給管からはFを含まないO2ガスを供給し、ガス分離板の下方に配置されているガス供給管からはFを含んだガスを供給することを特徴とするプラズマ処理方法。 The microwave traveling in the waveguide is introduced into the chamber from the dielectric window through the microwave introduction means, and the gas supplied into the chamber from the gas supply pipe sealed by the dielectric window is turned into plasma, A plasma processing method for processing an object to be processed held by an electrostatic chuck disposed in the chamber so as to face the dielectric window through a predetermined space,
The gas is supplied into the chamber by supplying an O 2 gas containing no F from a gas supply pipe arranged above the gas separation plate arranged in the chamber and arranged below the gas separation plate. A plasma processing method, wherein a gas containing F is supplied from a gas supply pipe.
前記チャンバ内へのガスの供給は、チャンバ内に配置されているガス分離板の上方に配置されているガス供給管からはFを含まないO2ガスを供給し、ガス分離板の下方に配置されているガス供給管からはNF3を加熱して熱分解して活性化したF原子を供給することを特徴とするプラズマ処理方法。 The microwave traveling in the waveguide is introduced into the chamber from the dielectric window through the microwave introduction means, and the gas supplied into the chamber from the gas supply pipe sealed by the dielectric window is turned into plasma, A plasma processing method for processing an object to be processed held by an electrostatic chuck disposed in the chamber so as to face the dielectric window through a predetermined space,
The gas is supplied into the chamber by supplying an O 2 gas containing no F from a gas supply pipe arranged above the gas separation plate arranged in the chamber and arranged below the gas separation plate. A plasma processing method characterized in that NF 3 is heated and thermally decomposed to supply activated F atoms from a gas supply pipe.
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